专利名称：等离子切割机逆变电源的制作方法
技术领域：
本实用新型与采用IGBT器件实现变频的切割电源有关，IGBT是绝 缘栅双极晶体管，是一个高频开关器件。
技术背景
等离子弧切割这种方法要达到的目标是"快速、高效、精细"这六 个字，所谓"快速"就是在适当的材料厚度内，其切割速度为火焰切割
的数倍；所谓"高效"就是切割工件变形小，不需二次加工；所谓"精 细"就是尺寸精度和表面质量达到激光切割的下限。要达到"快速、高 效"前提必须是大容量的切割电源；要达到"精细"则必须是电流波形 平滑，外特性很陡，调节精细的切割电源。目前，国产可线性调节的等 离子弧切割机的电源实际上已形成一个统一的格局，那就是200A以下 使用逆变电源，200A以上使用晶闸管整流电源，250A以上的IGBT逆 变切割电源在目前国内外仍是缺项，能配数控机床的大功率IGBT逆变 切割电源更是一片空白。现有的1GBT逆变切割电源不能解决三相电源 换相时因缺相带来的对电源滤波环节的影响，主变压器次级采用耐高压 快恢复整流二极管降压成本高，二极管使用寿命短。已有的等离子切割 机逆变电源工作可靠性差，控制性能差，工作电流在200A以下，耗能 高，切割效果差。 实用新型内容-
本实用新型的目的是提供一种控制性能好，工作可靠性高，工率大， 耗能低，切割效果好的等离子切割机逆变电源。 本实用新型是这样实现的
本实用新型等离子切割机逆变电源，控制及缺相电路l的输入端与 三相电源连接，两输出端与第一驱动电路2和第二驱动电路3的两输入 端连接，第一变压器Tl的第一初线线圈与第一过流传感器串连后与第 一逆变器的两输出端连接，第一变压器的第二初级线圈与第二过流传感 器串连后与第二逆变器的两输出连接，第一、二逆变器的输入端与三相整流器的二输出端连接，三相整流器的三输入端与三相电源连接，第一、
二驱动电路分别与第一、二逆变器连接，第一变压器Tl的次级线圈为 两个低压线圈，两个低压线圈分别整流滤波后串联，输出端与切割枪连 接。
控制及缺相电路由缺相电路和控制电路组成，所述缺相电路由二极 管V1—V8和光藕合器N1—N3，电容C18—C20构成，电容C18—C20与 光藕合器N1—N3连接，与运算放大器的负输入端连接，运算放大器的 正输入端与可调电源连接，运算放大器的输出端与光藕合器N4的输入 连接，光藕合器N4的输出与控制电路连接，控制电路的输出与驱动电 路连接。
三相电源与第二变压器T2的初级线圈连接，第二变压器的次级线 圈与切割枪按钮电路连接，与稳压电路的输入连接，稳压电路的输出与 控制及缺相电路、驱动电路连接。
本实用新型有如下优点
1、 缺相电路通过三相电源换相时取出瞬时值进行放大控制，解 决了普通电源及晶闸管至今未解决的因缺相带来对电源滤波环节的影 响；
2、 主变压器初级分两组独立的软开关逆变器同时提供原边能量， 通过Ll、 L2过流传感器，使得两个逆变器传输的能量完全相等不至于
"单边"，从而很经济地解决超大功率原边能量变换的传输。单台大功 率变换器不但成本很高，主要是整个电流调节范围内很难实现"软开关" 电源，特别是功率大产生的振荡尖峰极高，电源的可靠性与节能难以实 现。
3、 主变压器副边的解决方案对于目前国外高耐压(1200V以上) 快恢复整流二极管管压降及成本较高，加上逆变整流的特点高压、高 速整流，因冲击大尖峰很高，耗损很大，对管子的要求很高，基于上述 情况，本实用新型的线路将副边绕组同样分设两组低压线圈，先进行低 压整流滤波后串联输出，由于低压管的开关损耗及通态管压降均比高压 的低得多，加上低压整流尖峰降低约2/3，大大减轻整流管两端尖峰吸 收器件的压力，从而保证其可靠性。
4、 软开关技术进行逆变则几乎消除了 IGBT的逆变时的开关峰值， 大大缓解了关键器件IGBT的电压应力，同硬开关比较，又进一步提高了整机的效率及可靠性，特别在大功率切割电源中，表现得更加突出明 显，同普通增强漏磁式切割电源及可控硅切割电源相比，其节电效率提
高近20%!
5、 逆变大功率切割电源，其逆变频率为20KHz，其电源整流后的纹 波是晶闸管整流的纹波的1/66，电流平滑加上逆变特性陡降，容易实现 高质量、高速度切割效果。
6、 采用电流表指示电流，容易获得精准的切割电流值及最佳的切 割效果。
图1为本实用新型的电路原理图。
图2为控制及缺相电路原理图。
图3为第一驱动电路原理图。
图4为第二驱动电路原理图。
图5为切割枪按钮电路原理图。
图6为稳压电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的主变压器T1的初级线圈N1、N2分别与过流传感器L1、 L2串联后各与一个逆变器连接，逆变器与三相整流器和驱动电路连接， 过流传感器L1、 L2与驱动电路连接，驱动电路与控制及缺相电路连接， 三相整流器与空气开关、三相电源连接，三相电源与副变压器T2的初 级连接，T2的次极与驱动电路、控制及缺相电路连接。
控制及缺相电路由缺相电路和控制电路组成缺相电路的工作原理 如下
三相电源A、 B、 C相通过R4、 R5、 R6降压后进入图2的桥式整流 回路，当A、 B、 C三相电源换相时，C18、 C19、 C20分别取出微分信号， 经C21滤波构成电压Ua;通过调整RP3使Ua电压大于同相输入端设定 电压，则运放输出为"零"。当A、 B、 C三相输入电源任缺一相时，换 相时产生的微分信号的平均值降低1/3,因而运放翻转，输入出为"+E" 光藕N4导通，将电源给定信号钳位为"0"而输出极小电流不能工作， 同时缺相指示灯亮。 控制电路原理
比较电路由比较放大器N5—3、电阻R35、 R34构成。给定电路由Vll、 V30、 RP5、 R31、 R33、 RP7构成，给定信号U704 由RP5中心点取出进入比较放大同相端，反馈电路由R36、 R36B、 R37、 R38、 R39、 VH、 V15及N5—4构成。电流指示电路由R32、 RP6、电流 表构成，通过调节RP6则能校正实际电流。未工作时，继电器K5的K5 一2将比较放大器N5—3输入出的U207锁零，无输出。切割工作时，按 割枪开关AN后，气阀接通，预通气；继电器K1吸合，K3吸合，C23充 电约1秒后，K4吸合，K4一2、 K3—2将+E与R27、 R28接通，K5吸合，K5 一2开零。U207输出使脉宽驱动电路工作。当松开AN时K1、 K3、 K5断 开。K4延时几秒断开(即气体延时)后完毕。 驱动电路工作原理
驱动电路(1)主要由脉宽调制器UC3879—1及驱动放大电路A、 B 构成。驱动放大电路A主要由V28、 V29、 V30、 V31、 R49、 R50、 R51、 R52、 R53及脉冲变压器T3构成第一组软开关电源的前臂驱动；驱动放 大电路B主要由V32、 V33、 V34、 V35、 R54、 R55、 R56、 R57、 R58及脉 冲变压器T4构成第一组软开关电源的后臂驱动。
驱动电路(2)主要由脉宽调制器UC3879—2及驱动放大电路C、 D 构成。其原理与驱动电路(1)完全相同。下面按驱动电路(1)进行简 述其原理在附图二中，比较放大后的给定信号U207作用UC3879的输 入端后，即UC3879有OUTA、 0UTB、 0UTC、 0UTD四路输出相应的脉宽调 制信号；0UTA与0UTB为两路相位完全反相的方波信号；0UTC与0UTD 控制驱动放大电路A时，则V28、 V31与V29、 V30轮流导通，则脉冲变 压器T3分别感应出两路大电流的交流方波信号，Gl、 E1及G2、 E2。此 两路信号直接驱动第一组软开关变频器的前臂上下IGBT管。当0UTC与 0UTD控制驱动放大电路B时，则V32、 V33与V35、 V34轮流导通;则脉 冲变压器T4分别感应出两路大电流的方波信号G3、 E3与G4、 E4;此两 路信号直接驱动第一组软开关变频器后臂的上下IGBT管。这样大功率 IGBT，G1、 G4管与G3、 G2管轮流导能，即第一组软开关的原边线圈实现 变频。
切割枪按钮工作原理
切割枪按钮电路主要由整流二极管V21、 V22、 V23，继电器K1，气
阀Y，切割检气开关及切割枪按钮AN组成。当切割检气开关置于检气位 时，气阀接通，有气体流出，当切割检气开关置于切割位置时，气阀断开。当按下切割枪按钮AN时，经V21、 V22整流的电路通过V23接通气 阀，气体流出。形成预通气。同时将K1接通，Kl接通后，控制电路中 的C23充电后K4吸合，触点K4—l接通气阀，有气体流出，开始工作。 稳压电路工作原理简述
稳压电路主要由整流管V17、 V18、 V19、 V20,稳压集成块7815组 成。两相输入经二极管V17、 V18、 V19、 V20整流后经过稳压集成块7815 稳压后输出控制所需的电压+E。
权利要求1、等离子切割机逆变电源，其特征在于控制及缺相电路(1)的输入端与三相电源连接，两输出端与第一驱动电路(2)和第二驱动电路(3)的两输入端连接，第一变压器T1的第一初线线圈与第一过流传感器串连后与第一逆变器的两输出端连接，第一变压器的第二初级线圈与第二过流传感器串连后与第二逆变器的两输出连接，第一、二逆变器的输入端与三相整流器的二输出端连接，三相整流器的三输入端与三相电源连接，第一、二驱动电路分别与第一、二逆变器连接，第一变压器T1的次级线圈为两个低压线圈，两个低压线圈分别整流滤波后串联，输出端与切割枪连接，所述第一、二逆变器为绝缘栅双极晶体管。
2、 根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于控制及缺相电路由缺相电路和控制电路组成，所述缺相电路由二极管V1—V8和光藕合器N1—N3，电容C18—C20构成，电容C18—C20与光藕合器N1—N3连接，与运算放大器的负输入端连接，运算放大器的正输入端与可调电源连接，运算放大器的输出端与光藕合器N4的输入连接，光藕合器N4的输出与控制电路连接，控制电路的输出与驱动电路连接。
3、 根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于控制及缺相电路与电流表连接。
4、 根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于三相电源与第二变压器T2的初级线圈连接，第二变压器的次级线圈与切割枪按钮电路连接，与稳压电路的输入连接，稳压电路的输出与控制及缺相电路、驱动电路连接。
专利摘要本实用新型为等离子切割机逆变电源，解决已有逆变电源功率小，成本高，工作可靠性差，耗能多的问题。控制及缺相电路(1)的输入端与三相电源连接，两输出端与第一驱动电路(2)和第二驱动电路(3)的两输入端连接，第一变压器T1的第一初级线圈与第一过流传感器串连后与第一逆变器的两输出端连接，第一变压器的第二初级线圈与第二过流传感器串连后与第二逆变器的两输出连接，第一、二逆变器的输入端与三相整流器的二输出端连接，三相整流器的三输入端与三相电源连接，第一、二驱动电路分别与第一、二逆变器连接，第一变压器T1的次级线圈为两个低压线圈，两个低压线圈分别整流滤波后串联，输出端与切割枪连接。
文档编号H02M7/525GK201266893SQ20082006500
公开日2009年7月1日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者剑 吴 申请人:成都高鑫焊接设备有限公司